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在生物學(xué)家眼中，昆蟲是如何感知?dú)馕兜?？又是如何做出行為反?yīng)的？這項(xiàng)研究昆蟲化學(xué)生態(tài)學(xué)的重要課題，日前獲得重大突破。中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院王桂榮和他的團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十幾年的研究，王桂榮和他的團(tuán)隊(duì)找到了一種高通量的方法，并成功篩選得到綠色高效的昆蟲嗅覺(jué)行為調(diào)控劑。

北京時(shí)間2024年6月14日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)（Science）》在線發(fā)表了中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室深圳分中心）王桂榮團(tuán)隊(duì)與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)殷平教授團(tuán)隊(duì)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所等單位合作完成的最新研究成果：“昆蟲氣味受體OR-Orco異聚體識(shí)別氣味分子的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)”，研究揭示了氣味配體誘導(dǎo)的氣味受體離子通道門控機(jī)制，從而為針對(duì)氣味受體的新型昆蟲綠色行為調(diào)控劑的研發(fā)奠定了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

據(jù)介紹，昆蟲依賴靈敏的嗅覺(jué)感知環(huán)境中的化學(xué)信息。在嗅覺(jué)識(shí)別的過(guò)程中，氣味受體（OR）扮演著核心角色，它們被激活后能夠?qū)⑼饨绲幕瘜W(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為生物電信號(hào)，從而介導(dǎo)昆蟲相應(yīng)的行為反應(yīng)。王桂榮團(tuán)隊(duì)此前成功揭示了蚜蟲識(shí)別報(bào)警信息素的新機(jī)制，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)蚜蟲在遇天敵攻擊或者其它危險(xiǎn)時(shí)，會(huì)從腹管中釋放出含有報(bào)警信息素的小液滴，“警告”鄰近的蚜蟲快速逃離或掉落。

團(tuán)隊(duì)借助前沿的冷凍電鏡技術(shù)，深入探究了豌豆蚜報(bào)警信息素受體復(fù)合物的結(jié)構(gòu)特性，成功解析了ApOR5-Orco在配體結(jié)合和未結(jié)合狀態(tài)下的高分辨率冷凍電子顯微鏡結(jié)構(gòu)。

該研究不僅首次展示了昆蟲OR-Orco異源復(fù)合物在獨(dú)立（封閉通道）和配體結(jié)合（開放通道）兩種狀態(tài)下的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，而且深入揭示了昆蟲氣味識(shí)別通道門控的分子機(jī)制。昆蟲嗅覺(jué)行為調(diào)控劑的應(yīng)用是全球公認(rèn)的綠色防控技術(shù)，具有生物靈敏度高、選擇性強(qiáng)、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)害蟲的長(zhǎng)期控制。以嗅覺(jué)靶標(biāo)為出發(fā)點(diǎn)，開發(fā)行為調(diào)控劑已成為當(dāng)前研究的重要方向。

王桂榮表示，該成果的關(guān)鍵是利用了分子對(duì)接、人工智能，利用了基因組所的強(qiáng)大算力，進(jìn)行高通量篩選而實(shí)現(xiàn)的。這一突破性的發(fā)現(xiàn)，為基于靶標(biāo)結(jié)構(gòu)的先導(dǎo)化合物篩選提供了寶貴的分子基礎(chǔ)，為高效、特異性綠色昆蟲行為調(diào)控劑的創(chuàng)制開辟了新的道路。同時(shí)，也為科學(xué)合理地開發(fā)蚜蟲綠色防控技術(shù)提供了強(qiáng)有力的理論支撐和實(shí)踐指導(dǎo)，具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。目前，這項(xiàng)技術(shù)已與國(guó)內(nèi)多家企業(yè)開始商業(yè)化應(yīng)用。